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反物质科学家搞搞艺术小情调
添加时间:2011/4/6  作者:金煜  来源:新京报  点击:2251  
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都瑟设计的戒指

都瑟设计的戒指

  在塞满各种科学语言和惊人想法的欧洲原子核能研究中心(CERN)餐厅,记者见到了留着山羊胡的奥地利实验物理学家都瑟(Michael Doser)。和在CERN的其他科学家一样,白天他在布满白板和实验设备的实验室里工作,晚上则会参加日内瓦市的各种演出派对等娱乐活动。他说,自己也是一“文青”。

  然而,文艺不光只是他的爱好,他甚至自搞副业将加速器的概念做进了指环。他爱好画画,尝试用绘画的形式向人们介绍高深的物理概念。而他本人,也在自己的领域中是元老级的人物。尽管没有参与到轰轰烈烈的LHC实验中,但他的反物质研究史长达30年之久,也参与了反氢原子实验。现在,这位做了无数实验的物理学家正在主持一个难度极高的实验,来回答一个简单的问题:苹果会落地,“反苹果”也会同样吗?

  人物名片

  迈克尔·都瑟(Michael Doser) CERN高能粒子实验物理学家,从1983年开始至今一直研究与反物质相关的课题。目前正在进行反氢原子重力测试的实验。

  “反物质”当不了武器

  2002年,CERN的一个实验结果登上了各大报纸的标题,当时的实验小组第一次捕捉到了“反氢原子”。都瑟参与了这个实验,这恐怕是他科研生涯中最激动的时刻了。

  都瑟先后在苏黎世理工大学、苏黎世大学就读。在过去整整30年间,他一直在和反物质打交道。“反物质像是红线,把我所有的研究都穿起来了。”最初他的研究只是将反物质作为一种工具,比如研究强力时,需要用反物质和物质湮灭,测试新的粒子……直到他进入CERN后,才慢慢开始对反物质本身产生了兴趣。

  “反物质和物质就像是一片橡皮泥的两边,你这面压一下出来了一个坑,那面就冒出来一个包,两面形状、能量是完全一样的。你把橡皮泥转动180度,坑变成了包,包变成了坑。”但坑和包的方向是不一致的。人们熟悉爱因斯坦的质能转换公式,但在反物质学家的眼中,这个公式则需要考虑更多的东西:能量也是有正负的。1927年,物理学家狄拉克第一次发现了反物质,带正能量的正电子(普通的电子携带负电荷)。

  科学家推测,宇宙初创时,物质和反物质是一半对一半的,反物质和物质一旦碰撞,就会碰撞,释放出巨大的能量,这个过程叫做“湮灭”。不过,湮灭大战为什么是物质获胜,而非反物质呢?“物质和反物质肯定不光只有方向不同这么简单,肯定还有其他不同的地方。”都瑟说。

  因为湮灭的效果,有很多人认为反物质将被用于制造大规模杀伤性武器,《天使与魔鬼》这样的电影也让公众感到不安。都瑟则直接拿出了一些数据:“如果要造出电影中所说的1克反物质,需要CERN运行100亿年。这大约相当于宇宙的年龄。即使制造出来,1克反物质也只有原子弹威力的百分之一大。”

  现实中,反物质已经普遍在医疗器械上使用了,现在CERN也有人在研究利用反物质攻击癌细胞,如果能设法降低价格,它不失为切除癌细胞的利器。但我们完全没有必要担心它的“武器化”。都瑟记得15年前的一个反物质学术会议,全场都是穿着松松垮垮的物理学家,但有一个人一看就不像科学家,西装革履,肩膀宽大。一询问才知道,他来自军方,希望了解反物质方面的最新进展。“那是我最后一次见到军方的人。”都瑟笑道。

  2013年,等着瞧

  近些年,反物质研究成为了物理基础学科的热门。参与过多次制造反物质的实验之后,都瑟决定主持一个名叫AEGIS的项目。这个项目试图回答这样一个问题:苹果会落地,反苹果呢?

  对于测试反物质的重力,都瑟的计划是这样的:在一个强大的电磁盆里用正电子和反质子碰撞,形成一个大的反氢原子。这个反原子是很冷的,只能存在于非常接近绝对零度的环境下。它的运动也极其缓慢。实验者人为给其施加一个力。“踢一脚”,这个行动迟缓的反氢原子可能会如同慢镜头中的炮弹一样,缓缓落下。通过测量落地的时间和速度,再代入经典的牛顿公式,就可以计算出其所受的重力了。

  实验原理是十分简单的,但还是有四项困难摆在研究者面前:他们需要更先进的纳米技术和激光技术,要将温度降到尽可能低,还得解决真空高磁场给质子和反质子带来的影响,测量也是一个难题。

  “很多同行都认为我们会悲惨地失败。”都瑟笑着说,现在理论物理学家都不怎么理他们,因为这个实验的结果对很多人来说是可想而知的———反原子的重力和原子的重力是一样的,而其他的实验物理学家也认为这个实验的技术难度过高太难实现。“我们等着看2013年吧,到时候万一成功了,那将是我职业生涯中第二次最兴奋的时候。那个时候理论学家们可会争着来找我们了。”

  这个实验相对来说比较简单,只需四五年就可以完成。这也是都瑟和同事们选择它的原因之一,假设结果和预想的一模一样,那就又一次证实了标准模型。“我们可以说,好,我们测试过重力了,不用再管这个了;一旦出现了不同的结果,那就更有意思了,将会引出很多物理界新的思考。”如果反物质和物质的重力是不一样的,那意味着爱因斯坦的理论将受到挑战,意味着人们完全不理解引力。“物理学中最有意思的就是,人们一直还在说:我不理解这个。”都瑟说。

  都瑟说,在物理学界,理论物理学家和实验物理学家更像是在进行一场长期的友谊对抗赛。“我们的名声不是靠证实得来的,而是靠证伪得来的。”理论物理学界很难推出得到公认的理论,像标准理论这样被不断地证实的,算是相当不错的了。即使如此,所有实验物理学家都想挑战它。

  “当然,反过来也一样,做实验的发现了什么新东西,抓着脑袋不知道该怎么解释,这个时候,理论学家们过来了:啊,我有个想法,肯定是这样的!然后就开始解释一些实验物理学家理解不了的东西。”都瑟笑道。

  没有想象力,不是好物理学家

  都瑟带着一枚自己设计的戒指,夹在两层环中间的隐蔽的三枚灰色的石头,竟是钻石。都瑟说,有段时间他曾经在做些管理工作,无聊之极便开始进行首饰设计。自己想设计给男人用的钻戒,但又不想太过高调。他从LHC受到启发,制造了这个看起来像是加速器的钻戒。

  都瑟的艺术感不光只花在这些副业上,也不仅仅与他的艺术家太太有关,更多时候,他将艺术的本能用在物理研究上。CERN里的科学家大多都擅长于做科学解释,而都瑟则是尤其擅长做科普的一位,他曾受邀成为了TED日内瓦的演讲嘉宾。他演讲时,不借助ppt,也不借助道具,唯一的道具就是白板,通过在白板上画出各种抽象的符号和图形来解释科学概念。“我可以看到人们的表情,我可以看到他们眼中的光芒,那是对宇宙起源的好奇。”

  “我自己的办公室也有一块白板,简直是‘世界奇观’,各种符号抽象画混乱地叠加在一起。”他和同事们要讨论问题的时候,擦掉一个小角,画上一些概念,第二天再擦掉一个小角再画,有的时候,白板如同年轮一样叠加了二十多层的抽象内容。

  都瑟认为科学家和艺术家有共通之处,科学家会先制造出一个模糊的概念,然后通过图形、画面帮助自己丰富这个概念,然后再开始进行计算。他举出了化学家凯库勒的例子,凯库勒梦到了蛇咬住自己尾巴形成一个环的样子,醒来后他受此启发,画出了苯的环状结构。“我同样也可以想象爱因斯坦坐在椅子上,想象着自己如果是做光速运动是怎样的情况。”

  在他的头脑中,也常在做着这些视觉化的艺术创作,比如一团云状的粒子,他就能想到好像拿着一盘玻璃球,转啊转。当然这些画面是不会被写进论文。在他看来,这些本能的东西对于科学家,无论是做理论的还是做应用的,都是至关重要的,“我相信没有想象力,至少在他自己的领域中没有想象力的物理学家,就不是好的物理学家。”

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